Melhores Práticas para Ligações Rígidas nos Programas CSI: Rigidez Elevada vs. Ligações "Fixed"
Ao definir elementos de ligação rígidos ("rigid links"), os utilizadores têm a opção de escolher entre um comportamento "Fixed" (Fixo) ou de atribuir valores de rigidez suficientemente elevados. Este artigo explica por que razão a segunda abordagem é geralmente recomendada, especialmente quando é necessária uma análise de construção por fases. Alguns destes tópicos também foram abordados no artigo sobre as Melhores práticas na definição de restrições em modelos estruturais no SAP2000
Importância para a Análise
Um elemento de ligação (link) com um grau de liberdade "Fixed" implica essencialmente que a deformação para esse GDL específico é nula. Para um link com dois nós, isto é equivalente a especificar um joint constraint; para um "link" de um único nó, comporta-se como um restraint. Embora pareça uma opção direta, o "Comportamento Fixo" acarreta limitações significativas:
- Problemas Computacionais e Precisão: Não é recomendado ligar diretamente links com GDL "Fixed" a outros objetos que também tenham GDL "Fixed", ou a nós que já se encontrem com Constraints atribuidos. Tal procedimento pode levar a nós com múltiplos constraints, o que pode resultar em resultados imprecisos em análises dinâmicas. Além disso, a inclusão de um mesmo GDL em múltiplos Constraints também não é, em geral, recomendado, uma vez que a análise pode ter dificuldade em combiná-las com precisão, especialmente em cenários dinâmicos.
- Resultados: Uma limitação crítica dos GDL "Fixed" é que os esforços nos links não são reportados para as direções fixas. Isto pode impedir a revisão e compreensão abrangente do comportamento estrutural, uma vez que os esforços que atuam ao longo destas ligações supostamente rígidas permanecerão ocultos.
- Perdas por Acoplamento de Massa: Para links com comprimento não nulo, fixar menos do que os seis GDL pode levar a uma perda de acoplamento de massa entre os GDL de rotação e de translação, o que pode afetar a dinâmica da estrutura, especialmente quando grandes massas ou inércias rotacionais estão presentes nos nós ligados a estes links.
- Construção por Fases (Stage Construction): Os GDL "Fixed" dos links não são afetados por operações de "Change Section"; estes restraints/constraints permanecem totalmente impostos e a sua rigidez não pode ser alterada entre fases.
Como alternativa, é fortemente recomendado o uso de valores de rigidez suficientemente elevados para representar condições rígidas. Estes valores devem ser grandes o suficiente para evitar deformações significativas, mas não tão excessivamente grandes que causem sensibilidade numérica durante a solução das equações, particularmente perto de não-linearidades no modelo. Geralmente é recomendável usar uma rigidez que seja aproximadamente 100 a 10.000 vezes maiores do que as rigidezes correspondentes em quaisquer ligados que se espera que sofram deformação. Por exemplo, sugerem-se valores da ordem de 1e11 kN-m (ou kN-m/rad) para estruturas de betão.
Exemplo Prático
Apresenta-se abaixo um exemplo prático com imagens que ilustram a aplicação de valores de rigidez elevados em elementos link para ligações rígidas e cenários de construção por fases.
Fase 1: A estrutura de fundação - os links inferiores e a estrutura são adicionados ao modelo, incluindo as cargas DEAD.
Fase 2: Os links de suspensão superiores (Links_Susp) são ativados no modelo. No entanto, como não foram adicionadas cargas a esta fase, os deslocamentos e os esforços permaneceram inalterados.
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Fase 3: A fase final da construção envolveu a remoção da estrutura de fundação e uma operação Change Section nos links inferiores. Como resultado, a totalidade das cargas foi transferida para os links de suspensão
Agora, um desafio: Tente replicar este exemplo, mas desta vez, defina as ligações usando links do tipo "Fixed". Compare os seus resultados e observe como o comportamento estrutural se altera.
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